《Legume Science》：Combining Different Plant-Based Protein Ingredients Enhances Dispersion Stability in Beverages
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摘要：可持续的高蛋白植物基替代品需同时满足营养与功能需求，但此类高蛋白悬浮体系的稳定性往往依赖先进加工技术。本研究旨在验证不同植物蛋白来源复配可对高蛋白饮料分散稳定性产生协同效应的假设。饮料以豌豆（pea）、蚕豆（faba bean）及燕麦（oat）蛋白及其组
摘要：可持续的高蛋白植物基替代品需同时满足营养与功能需求，但此类高蛋白悬浮体系的稳定性往往依赖先进加工技术。本研究旨在验证不同植物蛋白来源复配可对高蛋白饮料分散稳定性产生协同效应的假设。饮料以豌豆（pea）、蚕豆（faba bean）及燕麦（oat）蛋白及其组合配制。通过粒径分布、黏度、加速物理稳定性分析、色泽、pH及起泡特性评价其技术功能特性（techno-functional properties），测定于制备后即刻及4°C冷藏贮存1周后。所有饮料在贮存期间（4°C，1周）色泽与pH保持稳定。豆类与谷物蛋白复配使起泡能力（foaming capacity）提高5%–25%、泡沫稳定性（foam stability）提高40%–85%，最高值见于复配配方。尽管复配体系粒径略大，所有饮料在贮存期间D[3,2]均>11 μm、D[4,3]均>26 μm，且随时间变化极小。蛋白复配亦降低表观黏度（apparent viscosity）并改善物理稳定性。值得注意的是，豌豆–燕麦与蚕豆–燕麦复配表现出最佳的整体胶体稳定性（colloidal stability），首次提供蛋白复配可产生饮料稳定性协同改善的证据。上述结果证明，策略性蛋白复配为更复杂的加工技术提供了有效替代方案。通过深化对植物蛋白相互作用的理解，本研究为设计稳定的高蛋白植物基饮料提供了科学依据。
一、研究背景与问题
据预测，到2050年全球人口将超过90亿，其中17%为65岁及以上人群，与年龄相关的健康问题尤其是肌少症（sarcopenia，以肌肉质量、力量与功能进行性丧失为特征的疾病）亟待应对，其全球患病率约为13%。充足蛋白摄入对抵消肌肉流失、缓解肌少症早期症状具有重要作用。老年人因唾液、牙齿及舌部力量下降导致咀嚼、润湿与吞咽困难，饮料成为实用解决方案。然而目前面向肌肉健康的高蛋白饮料以乳基为主，与日益增长的可持续植物蛋白需求相冲突。植物蛋白具有降低饱和脂肪摄入及减少土地使用、碳排放与水足迹等环境优势，但植物蛋白在饮料体系中稳定性通常低于乳蛋白，易发生沉淀与砂砾感，限制其添加量；同时单一植物蛋白必需氨基酸谱不完整，豆类富含赖氨酸而缺乏含硫氨基酸，燕麦等谷物富含甲硫氨酸与半胱氨酸而赖氨酸不足。据此，研究人员提出将不同植物蛋白复配以改善氨基酸平衡并提升饮料性能的设想，并假设蛋白配料组合可诱导蛋白相互作用，从而改善技术功能特性与贮存稳定性。
二、研究开展与结论
研究人员以豌豆蛋白分离物与蚕豆蛋白分离物为主要蛋白源，并引入燕麦蛋白浓缩物以弥补含硫氨基酸不足并提供β-葡聚糖（β-glucans），设计五种配方：豌豆（P）、豌豆+燕麦（PO，80:20）、蚕豆（F）、蚕豆+燕麦（FO，80:20）及豌豆+蚕豆+燕麦（PFO，40:40:20），蛋白总添加量为10%（w/w），并统一添加2%（w/w）蔗糖与1.5%（w/w）向日葵油。研究得出，蛋白复配可显著改善高蛋白植物基饮料的分散稳定性，其中豌豆–燕麦与蚕豆–燕麦复配整体稳定性最优，甚至优于三蛋白复配体系；该策略可作为复杂加工技术的有效替代。
三、关键技术方法
采用凯氏定氮法（氮–蛋白换算系数6.25）与离子色谱法测定蛋白配料组成及氨基酸组成；以Thermomix分三步（50°C水化40 min、85°C预乳化10 min、50°C加 sunflower oil 终乳化25 min）制备饮料，每种配方3个独立批次（生物学重复n=3），每批次双平行测定，于第1天与4°C贮存1周后（第7天）分析；采用色差仪与pH计测定色泽与pH；以Ultra-Turrax起泡并记录0与60 min泡沫高度评价起泡能力与泡沫稳定性；以静态激光光散射（Mastersizer 3000）测定粒径D[3,2]与D[4,3]；以分析型离心机（LUMiSizer，1000×g、90 min、15°C，约相当于2个月重力分离）测定分离速率评价加速物理稳定性；以控制应力流变仪测定表观黏度并拟合Carreau模型；数据采用双因素方差分析（two-way ANOVA）与Tukey HSD检验（p<0.05）。
四、研究结果
3.1 组成：蚕豆蛋白含量最高（85.3 g/100 g DM），豌豆次之（81.5），燕麦最低（56.7）；燕麦脂肪含量约为豆类两倍，碳水化合物达19.5 g/100 g，与其蛋白纯度较低及谷物来源一致。按250 g份量计，F的支链氨基酸（BCAAs）最高，亮氨酸与异亮氨酸约达推荐膳食供给量（RDA）的70%–73%，缬氨酸为限制性氨基酸（54%–61%）；各配方蛋白供能约占总能量65%，符合“高蛋白”声称要求。各饮料蛋白含量7.65–8.53 g/100 g，能量61.22–62.16 kcal/100 g，组成差异较小。
3.2 色泽与pH：所有饮料pH接近中性，F最高，P较低；仅PFO的pH在贮存后显著下降。P与PO亮度（L）较高、a与b为正值，呈较亮的红黄色；F与FO的L与b较低、a为负，呈较暗的绿色调；贮存1周色泽无显著变化。加工最高温度85°C、10 min，远低于美拉德反应（Maillard reaction）典型温度区间120°C–165°C，可排除非酶褐变。
3.3 起泡特性：F起泡能力最低，PO与PFO第1天起泡能力最高；第1天F、FO、PFO泡沫稳定性显著高于P与PO；第7天仅FO与PFO泡沫稳定性显著下降，起泡能力在F、FO、PFO显著下降，而P与PO无显著变化，表明起泡性能的时间依赖性下降具有配方依赖性。
3.4 粒径分布：第1天D[3,2]为11.62–15.67 μm，FO最小、PFO最大；第7天P与F的D[3,2]显著增大，PO与FO变化不显著；D[4,3]第1天以FO与F最大，贮存中P显著增大、FO显著减小；含蚕豆蛋白的复配体系形成较大聚集体，P与F的粒径分布曲线右移，FO曲线重叠。
3.5 加速物理稳定性：第1天F与PFO分离速率最高、物理稳定性较低，第7天所有乳液分离速率下降，P与PO维持最低值；双因素方差分析显示配方效应（p=0.263）及配方×时间交互作用（p=0.547）均不显著，各体系均为稳定乳液。
3.6 流变特性：所有样品呈剪切变稀（shear-thinning）行为；F在各剪切速率下黏度最高，P、PO、PFO显著较低且相近；贮存7天后F与FO黏度显著升高，PO仅在V2显著升高，P与PFO无显著变化，FO黏度趋近F，说明仅添加燕麦并不能限制黏度发展。
五、讨论与结论
讨论指出，蚕豆与豌豆蛋白分离物蛋白含量与同类研究一致，燕麦蛋白因谷物提取效率较低而蛋白含量偏低，但其提供β-葡聚糖并部分弥补豆类含硫氨基酸不足，代价是BCAAs含量略降。色泽差异源于原料中天然色素及脱壳等加工工艺，色泽稳定性良好。相关性分析显示pH与色泽强相关（r≥0.8，p<0.05）并与黏度正相关，与分离速率无强关联，说明分散稳定性主要受蛋白分散体系结构特征支配。起泡能力与pH相关（0.7≤r<0.8），泡沫生成依赖蛋白展开形成界面膜；含蚕豆配方泡沫稳定性较高可能与其初始泡沫体积较小、降低静水压并减缓排液有关。粒径增大归因于贮存中脂肪滴部分聚集与聚结，燕麦淀粉在热处理中部分糊化形成凝胶使复配体系粒径较大，而PFO粒径变化较小提示多蛋白体系存在协同效应。研究人员认为，复配体系无需微流化或均质等额外加工即可获得与单一蛋白经高压处理相当的高稳定性，机制可能涉及疏水相互作用、氢键、静电吸引与二硫键形成的蛋白网络，以及燕麦β-葡聚糖与蛋白形成的蛋白–多糖复合物提供的空间位阻与水化层。黏度方面，蚕豆以豆球蛋白（legumin）为主、含硫氨基酸较高，形成更强但更刚性的结构，豌豆富含豌豆球蛋白（vicilin）则形成柔性界面层；D[4,3]与黏度正相关，提示贮存中黏度上升与蛋白组分水化形成更多氢键有关；PO与F在剪切后黏度不可恢复，提示网络结构发生不可逆破坏。研究结论为：复配不同蛋白来源可显著改善高蛋白植物基饮料的分散稳定性，这是首个系统证明不同蛋白浓缩物/分离物复配可提升稳定性的研究，为后续研究与产品开发提供起点；综合各项理化性质，豌豆–燕麦与蚕豆–燕麦复配优于单一配料饮料及三蛋白复配配方，并在1周冷藏贮存中保持稳定分散。研究局限在于贮存期仅为1周冷藏条件，未来应评估商业相关贮存条件下的长期货架期稳定性，并优化配方与加工工艺以兼顾营养需求与可接受的感官特性，针对老年人需求进一步强化与肌少症相关的营养素。
